某型水上飞机水动力性能数值验证研究

摘要

航空工业是我国的战略性产业之一,通用航空的发展对整个国家的经济发展将起到巨大的推动作用。水上飞机作为通用航空的重要应用之一,目前在我国尚处于起步阶段,随着海鸥300轻型水陆两栖飞机的试飞成功,标志着我国在水陆两栖飞机技术上已经达到了欧美国家同级别飞机的先进水平。本文的主要研究工作就是用数值方法验证某型水上飞机在9种工况,每种工况13种速度情况下,在水面起飞时的转角、升沉和阻力等水动力性能,最终给出一个具有工程实际意义的总体评价方案。
　　本文利用商用软件FLUENT,以RNG k e-湍流模型为基础,通过求解三维不可压RANS方程,采用用户自定义函数(UDF)定义模型姿态和流场加速,使用流体体积函数(VOF)方法和动网格技术完成了水上飞机在水面段运动时的流场模拟,最终得出了模型在9种工况,每种工况13种速度时的转角、升沉和阻力以及自由液面变化和机身表面压力分布等水动力性能。通过与船池拖曳实验数据的对比,证明了此次研究的准确性和可靠性,同时也证明了使用FLUENT软件模拟预测高速刚体水上性能的可行性。
　　在本次数值模拟过程中仍然存在许多缺点和值得改进的地方,在计算精度上仍显不足。本文所作的工作为进一步研究高速刚体的水上性能分析积累了一定的经验。

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1 绪论

1.1 本文研究的目的和意义

1.2 国内外的发展历史及研究现状

1.3 本文的主要研究内容

2 计算流体力学理论基础

2.1 流体动力学控制方程

2.2 RANS方程

2.3 湍流模型的选取

2.4 控制方程的离散

2.5 数值模拟算法的选取

2.6 自由液面的数值模拟

2.7 网格的划分

2.8 动网格技术

2.9 UDF程序控制

2.10 本章小结

3 数值模型及工况介绍

3.1 模型基本技术数据

3.2 模型初始吃水深度的确定

3.3 边界条件设置

3.4 多速度的处理

3.5 本章小结

4 结果分析与讨论

4.1 模型在工况R1的水动力性能分析

4.2 其余工况计算结果的主要数据

4.3 结果验证及误差分析

4.4 本章小结

5 总结与展望

致谢

参考文献